减速机行业的技术与竞争格局分析

行业概况

1、工业机器人

广泛应用于汽车制造、电器设备生产、食品机械加工等产业制造上，随着人工费用的增长，机器人替代人工的趋势越来越明显，而机器人生产出来的产品一致性好、装配精度高等优点也越来越受到厂商的重视。

主要类型有：多关节机器人、直角坐标型机器人、SCARA机器人和DELTA并联机器人。

机器人的发展史

工业机器人产业链：主要由上游核心零部件、中游工业机器人本体组装以及下游系统集成构成。其中控制器、伺服电机及精密减速器是机器人最重要的核心零部件。

 

机器人的主要成本构成：减速器35%左右，伺服电机20%左右，控制系统15%左右，机械加工本体只占15%左右，其他的部分主要就是应用。可以看出，在工业机器人产业链中，技术上的核心和难点就集中在了上游的核心零部件的生产，成本和利润也集中在了这一领域；其中又以减速器为制约机器人产业 发展的关键因素。

 

全球高端机器人主要由ABB、发那科、安川和库卡（被美的收购）等少数几家国际机器人公司控制。在中国机器人产业中有着70%以上的市场份额，几乎垄断了机器人制造、焊接等高阶领域。

 

 

 

 

2、减速器

精密减速器决定工业机器人的精度和负载，是连接伺服电机和执行机构之间的中间装置，它负责把伺服电机高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的转矩。主要原材料包括减速器中的齿轮毛坯、齿轴毛坯、轴承、箱体、箱盖等。

 

工业机器人对减速器的精度、负载和寿命等要求极高，其技术壁垒是工业机器人核心零部件中最高的一个，是对工业机器人本体性能影响程度最高的核心零部件。

 

随着技术的日益成熟，精密减速器越来越体现出高精度、高钢性、高负载、传动效率高、高速比、高寿命、低惯性、低振动、低噪音、低温升、结构轻巧、安装方便等优点。

 

在全球范围内，机器人行业应用的精密减速器可分为RV减速器、谐波减速器和SPINEA减速器，三者的市场销售数量占比约为40%、40%、20%。其中，RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。

 

 

RV减速器：是旋转矢量（Rotary Vector）减速器的简称，最早由日本发明，它是传统摆线针轮和行星齿轮传动装置的一个新的混合种，RV减速器的传动比较大（30-260）。

RV减速器结构

 

RV减速器工作原理

 

RV减速器的原理很早就已经公开，而且未有专利保护，但是整个行业RV减速器80%市场仍由日本占据，主要品牌是纳博特斯克和住友。

 

RV减速器制造核心难点在各项工艺的密切配合，包括：齿面热处理、加工精度、零件对称性、成组技术、装配精度等，这些工艺总装公差总分配带来的结果是产品的磨损和寿命。

 

减速器实现减速是通过大小齿轮之间传动，其转速与齿数成反比的简单原理来实现的。但是要实现大的传动比，如果用我们平常看到的圆柱齿轮，那整个齿轮速器的体积将会非常大，如果要做到尽量小的体积，怎么办呢？

 

谐波减速器就是把齿轮内嵌进去！

 

谐波减速器（harmonic gear drive ）：主要由波发生器、柔性齿轮、柔性轴承、刚性齿轮四个基本构件组成。

谐波减速器结构

 

谐波减速器工作原理

 

谐波减速器的技术难点主要体现在柔轮寿命和加工精度上。

 

主要品牌是哈默纳科，我国从1961年开始谐波传动方面的研制工作，我国现阶段的谐波传动装置的制造能力只相当于日本八十年代的水平，国内谐波传动产业存在的主要问题是规模偏小，且产品种类少，研究开发人员和投入不足等。国内涌现的苏州绿的谐波，目前基本上可以在中国市场跟哈默纳科分庭抗礼。

 

总的来说，我国在精密减速器方面受制于材料和精密度加工两大领域。

 

3、伺服电机

 

伺服系统是工业机器人主要的动力来源，主要由伺服电机、伺服驱动器、编码器三部分组成。伺服含义为“跟随”，指按照指令信号做出位置、速度或转矩的跟随控制。

 

目前我国工业机器人用伺服系统主要被国外品牌垄断，其中日系约占50%，欧美品牌30%，台湾品牌及大陆企业均只有10%：日系企业包括安川、三菱、三洋、欧姆龙、松下等，主要是小型功率和中型功率产品；欧美系包括西门子、博世力士乐、施耐德等，在大型伺服具有优势地位；国产主要包括汇川、台达、埃斯顿等，主要为中小型伺服。

 

整体上看，我国伺服电机与日系和欧美依然存在差距，主要表现为：大功率产品缺乏、小型化不够、信号接插件不稳定、缺乏高精度的编码器，这些也是国内伺服系统未来要攻光的主要方向。

 

政策支持

上世纪90年代以来，中央开始加大对工业机器人的研发投入；2010年以后，国务院、工业和信息化部、财政部、科技部等政府部门先后出台政策；在2012年“十二五”规划，也是通过引导地方政府和社会化资金，重点支持关键智能部件、焊接加工等领域的工业机器人研制及产业化；在2013年12月，工信部出台了推进工业机器人产业发展的指导意见，加大对伺服驱动器等关键技术的财政扶持力度，支持关键智能部件等领域的工业机器人研制及产业化；在2015年，《中国制造2025》将机器人列为十大重点领域之一；在2016年，《机器人产业发展规划（2016-2020年）》明确攻克工业机器人关键技术，重点突破减速器、专用伺服电机和驱动器、控制器、传感器、末端执行器五大关键零部件的技术壁垒，发展弧焊机器人、全自主编程智能工业机器人等10类产品等等政策陆续出台。

行业现状

1、市场规模

工业机器人

2013-2017年中国工业机器人销量实现高速增长，中国自2013年开始超过日本成为全球工业机器人最大市场，销量连续多年位居世界各国之首。2016年销量约为8.7万台，占全球比重为30%，接近于欧洲和北美销量之和；2017年，中国工业机器人销量增至13.8万台，国产品牌销量占比约为32.8%。

 

2017-2020年中国工业机器人销量预计将从11.5万台增至21万台，年均增速约为25%，占全球比重将从33%提升至40%。国际机器人联合会预测，到2020年我国工业机器人销量将超过21万台，实现机器人国产市场份额达50%，2025年实现机器人国产市场份额超70%。

减速器

随着我国工业机器人应用市场的快速发展，工业机器人用减速器市场需求规模也随之增长；另外，对于已保有的工业机器人，减速器本身有额定的工作寿命，需要定期更换，而工业机器人的工作寿命一般为8-10年，期间减速器作为传动、承重部件，磨损是不可避免的。

 

一般情况下，一台工业机器人需要的减速器个数为4-6台（每一个关节部位都需要配套一台精密减速器）：一套六轴多关节机器人需要4套RV减速器和2套谐波减速器；一套SCARA机器人包含4套谐波减速器；一套直角坐标机器人需要3套RV减速器和1套谐波减速器；DELTA机器人的电机安装在固定基座上 ，需要1套谐波减速器。

 

随着未来工业机器人的发展，根据测算结果，到2020年RV减速器市场需求81.5万台、谐波减速器需求63.3万台，总体市场需求量有望达到144.8万台。

 

当前一台RV减速器的售价约5000-6000元左右，而谐波减速器价格约2000元；而在2015年，RV减速器和谐波减速器的平均价格分别为8000元、3000元。 减速器的国产化进程，促成了过去三年国外品牌的降价，当前价格虽然还存在下降空间，但已经接近其生产成本，未来价格压缩的空间相对较小，因此估计未来RV和谐波减速器的价格分别在4000元和1500元左右。预测到2020年我国工业机器人减速器市场规模将超过40亿元，未来五年复合增长率约为30%。

 

 

 

2017年以来减速器国产化进程显著加快，在下游本体出货量增长、减速器市场的全球供给缺口放大、国产技术逐步成熟等因素的推动下，国产减速器企业迎来难得的发展机遇。

 

 

2、行业挑战

目前国内已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人。

 

但总的来看，中国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距。

 

Ø 市场份额

目前在我国的工业机器人市场中，上游核心零部件的供应基本被国外厂商所占据，国内厂商大多集中在中游的机器人本体组装和下游的系统集成，承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。

 

其中，精密减速器制造对材料、设备、工艺等多个环节都有严格要求，具有明显的投资门槛高、技术难度大等特点，行业壁垒极高。长期以来全球工业机器人减速器市场一直呈现高度集中状态。

 

减速器在国内的市场现状，长期以来一直由美国、德国、日本、捷克等国家掌控，其中世界75%的精密减速器市场被日本的纳博特斯克和哈默纳科占领，纳博特斯克约占60%的份额，在中/重负荷工业机器人领域其RV减速器产品在全球RV减速器市场占有率更是高达90%以上；哈默纳科则在谐波减速器领域拥有绝对优势，约占15%的全球减速器市场份额。除此之外，以住友为代表的日系RV减速器生产厂商以及以新宝为代表的日系谐波减速器生产厂商合计占全球减速器市场份额也高达10%以上，全球减速器市场呈现出以日本企业一派独大的高度集中化局面。

 

Ø 成本

目前中国机器人的核心技术上还缺乏整体的突破，导致我国高端装备制造领域机器人产业发展缓慢，只能依靠进口RV减速器。

 

关键部件进口比例较高，就会导致国内制造机器人成本高。特别是减速器，国内企业购买减速器的价格是国外企业的价格的将近数倍（据行业人士介绍，一台精密减速器四大国际巨头采购价为3-5万元，卖给国内关系好的客户约7万元，关系一般的普通客户约12万元），国产机器人难以形成价格优势。只有年产量上500-1000台，才有一定的规模效应。因此，中国如果想要形成机器人产业化， 摆脱国外机器人企业的掣肘，在机器人领域赢得自主，必须要将减速器国产化加速提上日程。

 

Ø 产能

目前减速器发展还存在产能扩大的瓶颈：日本的减速器出现供货周期延后的现象，最长的供货周期已经达到6个月以上（日本纳博特斯克的供货周期已从原来的2-3个月延长到现在的4-6个月），国产减速器产能不能在很短时间内实现成倍增长满足不断扩大的市场需求，所以扩产不仅是国产减速器面临的问题，也是日本减速器面临的问题之一。

 

Ø 技术差距（详见中外产品对比）

RV减速器需要的技术是很高的，其核心难点在各项工艺的密切配合，包括：齿面热处理、加工精度、零件对称性、成组技术、装配精度等，这些工艺总装公差总分配带来的结果是产品的磨损和寿命。在一个配合精密的系统中，间隙或过盈配合的微小偏差，会造成接触刚度／啮合刚度的成倍差异，进而引发运动参数的变动。

 

目前机器人面临的问题看似是60％价格做不出来东西，实则90％价格做出30％寿命的东西，其实寿命本身就是机械行业的水平的标志。

 

另外，没有符合国产机器人使用的减速器标准。国产减速器一直以来参考的对象都是横向的国外进口减速器某型号，不是专门为某国产机器人深度定制。一个工业机器人并不是只有减速器就足够了，更重要的是和伺服系统、运动控制系统的结合才能达到高精度和高稳定性，各家的技术都不一样，减速器对机器人不通用。所以在管理减速器研发、生产方面应该有一个行业标准，研发出属于国产机器人使用的减速器。

3、竞争格局

目前，国内减速器供应商以外资品牌为主导，2018年国产减速器出货量占国内市场份额不足30%，而近70%以上的市场份额则由外资品牌占据，大多数来自日本品牌，其次是韩国和捷克。全球高端机器人主要由ABB、发那科、安川和库卡等少数几家国际机器人公司控制，而它们所使用的精密减速器75%为日本公司制造。

 

国产品牌起步较晚，目前已有苏州绿的、来福谐波、南通振康、秦川机床、中大力德等多家减速器厂商实现量产，市场接受度逐年提升。

Ø RV减速器---竞争格局

 

 

1）纳博特斯克（日本）

全球最大的精密RV减速器制造商，产品以高精度、高可靠、稳定性著称，拥有日本津工厂和中国常州两个精密减速器生产基地，2017年总产能达84万台，预计至2019年达106万台，2020年产能可增至120万台。

 

2）住友（日本）

住友重机投放在中国市场的机器人用减速器主要是UV系列减速器(即市面RV减速器)，UV系列从2014年开始进入中国，产品在日本生产，并在中国上海、广州设有组装基地。

 

3）浙江双环传动（中国、上市公司）

2010年9月在深交所上市，自2014年起深耕RV减速器5年，已经逐步完成从研发阶段向产业化阶段的过渡，目前已形成RV-C、RV-E两大系列多种型号RV减速器产品。2018年3月与埃夫特签订1万台减速器供货协议，供货周期至2019年6月30日。截至2018年末，公司工业机器人RV减速器产业化项目投资3.12亿元，预期实现6万套产能，计划在2020年建成10万套/年的产能。

 

4）南通振康（中国)

2015年实现镇康RV减速器的首批生产，国内较早涉足机器人用RV减速器的厂商，技术团队依托于西安微电机研究所资源研发。南通振康目前有“ZKRV”品牌减速器RV-E、RV-C、RD三个系列共10种规格，具备年产3万台的生产能力,2018年RV减速器出货量在5万台以内。产品已被多家机器人厂商试用，包括国外的ABB、库卡、发那科以及国内的埃夫特、凯尔达、欢颜自动化等机器人厂商。

 

5）中大力德（中国、上市公司)

2017年8月上市，2012年开发RV关节机器人专用减速器，2016年的产能约为10万台，正在建设一条年产20万台精密减速器生产线项目。

Ø 谐波减速器---竞争格局

 

1）哈默纳科（日本）

成立于1970年，是全球最大的谐波减速器生产商（哈默纳科日本公司、德国公司、美国公司基本垄断了全球谐波减速器市场约70%的份额），和纳博特斯克并称为机器人精密减速器的两大巨头。2018年其产能接近180万台，目前几乎所有的世界知名机器人厂商均采用其谐波减速器。

 

2）苏州绿的（中国）

自2003年开始从事机器人用精密谐波减速器研发，目前其产品在国产机器人谐波减速器市场的渗透率超过50%，在国产谐波减速器中居于首位。公司是《机器人用谐波齿轮减速器》国家标准的主要编制起草方。产品有6大系列，共100多个型号，在精度、寿命、稳定性、噪音等方面均达到国际先进水平。下游客户近千家，包括新松机器人、埃夫特、新时达等国内著名机器人生产商，产品已进入ABB供应体系，形成了年产20万台的产能，2018年出货量超过12万台。

 

3）新宝（日本）

成立于2003年，2015年进入中国市场，2017年其中国市场月均出货量近3000台。

 

4）浙江来福谐波（中国）

开发生产的精密谐波减速器，具有高可靠性、高精度、高扭矩、高寿命、大速比、小体积等特性，目前其产品已有25mm到200mm的40余种规格，2018年其谐波减速器出货量为2-3万台。

 

4、中外产品对比

谐波减速器方面，在基本性能指标上，国产品牌与哈默纳科相差无几，部分指标能够超越世界先进水平。但在寿命、可靠性与稳定性、噪音与发热等重要隐形指标上，国产谐波减速器与哈默纳科差距较大。哈默纳科谐波减速器产品物理寿命超过12000小时，并且能够做到在8000小时内精度几乎不会下降，而国产产品难以在如此长的时间内保证精度。同时在产品可靠性与稳定性方面，国产产品在面临过载等较为复杂工况环境时，其性能大打折扣。

从设计上看

世界领先的减速器厂商如纳博特斯克和哈默纳科在其产品的齿形设计、传动机理方面已申请专利，其它厂商不得使用其专利产品类似的齿形设计和传动机理，只能研发自有独特的齿形设计和传动机理。

 

两家厂商的先发优势使得其占据特殊齿形设计的有利地位，而齿形设计及传动机理对精密减速器产品的工作精度、传动效率等性能至关重要，我国厂商作为后来者，避开专利限制去设计性能同样优良的齿形面临更高难度。

从材料上看

我国材料工艺相对落后，以谐波减速器为例，目前国内外谐波柔轮材料基本为40Cr合金钢，虽然材料种类相同，但国外提纯技术较高，因而材料相比国内杂质少，以致目前国产谐波减速器的柔轮材料基本依赖进口。国内外企业使用的钢轮材料则有所差异，国内厂商一般使用调质钢，而日本哈默纳科多年来使用的材料均为球墨铸铁，其产品寿命已获得长时间的验证，是保证减速器寿命的最佳选择，因此国内一些减速器厂商也开始使用这类材料。

 

当前日本、德国等国家能生产并供应较高等级的谐波减速器原材料，国内虽能提供相应的材料，但由于材料的颗粒度、刚度、硬度等指标不足，相较国外高端材料具有较大差距，对生产出的谐波减速器的产品一致性和寿命等性能均会带来不利影响。而日本哈默纳科的专用材料配方涵盖二十余种金属粉末，具备特定的粒度和配比，且未申请专利，在一定程度上筑就了其产品高性能的护城河。

从加工工艺上看

减速器对加工精度要求极高，加工误差需要控制在1微米以内。高精度加工设备需要从日、德等国家进口，设备价格高、投入大，并且一、二级设备还面临出口管制问题，获取困难。同时由于国内减速器产量小导致设备采购量小，因而推高了设备采购单价，使国内减速器生产厂商在设备采购成本上同样也被国外厂商拉开了差距。

 

即使买回来国外最先进的设备，加工工艺相比国外仍有很大差距。纳博特斯克和哈默纳科在谐波减速器领域已经深耕了数十年，积累了非常丰富的加工经验，比如如何控制机床运行温度、湿度、如何规划流程、如何调试以实现最优加工，这些方面，国内厂商仍然处于探索期。

从装配上看

减速器的装配效果对产品性能有决定性的影响。装配过程并不是将合格零件简单地进行连接，而是根据各部装和总装的技术要求，通过校正、调整、平衡、配作及试验来保证产品质量合格的过程。高精度的装配技术也是决定减速器精度核心技术之一。目前国内减速器的装配仍然以手工流水线作业的方式为主，其装配效果完全依赖于工人的技术和经验。由于国内减速器厂商起步晚，经验积累少，国内高水平的减速器装配工人资源匮乏，造成减速器装配效果有限，而日本哈默纳科与纳博特斯克企业拥有大批从业十多年以上的高品质“匠人”，能够将减速器装配效果发挥到极致，导致国产减速器难以与国外高精密减速器匹敌。

 

5、随着机电一体化的概念的引入，“RV+电机”或成减速器发展新趋势

RV+电机：减速器“新形态”

 

“作为一种机电一体化的执行元件，RV减速器和电机的结合是一种发展趋势”，中大力德相关人士介绍，“这种产品的结构更为紧凑，对客户的技术要求也更低，我们把电机和减速器连到一起，这样漏油的风险，错装的风险都免去了。此外，由于省去了中间的连接块，成本也更加低廉。”

 

力克精密也认为，这种产品以后肯定是趋势，但对于现有RV产品的地位不会构成威胁，属于“两条不同的产品线”。当前进行相关产品研发的企业还比较少，主要原因是每家电机企业的产品性能参数不同，需要减速器和电机产品相匹配，所以最好是有较强的综合实力或者是本身就有研发生产电机的企业来生产。

 

这款产品现在只能在一些特定的场景使用，不会出现大规模替代传统RV减速器的情景。有电机就要有伺服驱动，两者是互相配合的。因此一般的企业想要做这款产品还是有难度的。

 

目前，包括纳博特斯克在内的小部分国内外减速器企业已推出了相应的产品，据纳博特斯克工作人员介绍，这种产品具有如下特点：

 

节省空间：传统减速机和伺服电机的搭配尺寸更长，会干涉周边设备，驱动一体化的设计实现了结构的紧凑化，节省空间，从而使设备的工作范围更宽广。

 

使用简便：“传统减速机、电机的装配还需要自行调整同心度，如果稍微没有调好容易产生噪音，严重的情况可能会损坏减速机。”该工作人员表示，使用这款产品后，省去了电机和减速机的安装设计，同时也提升了品质和产品可信度。

 

无需密封设计：据介绍，传统减速机在使用中需要加注润滑脂并且密封，如果法兰加工不良容易让异物入侵。这款产品采用一体化设计，因此不需要做其他密封设计，并且已经预装入油脂。

 

该工作人员称，中国机器人及自动化市场发展非常迅速，也涌现出了大量新参入的机器人企业以及自动化用户。“相对于传统企业来说，他们的技术积累较浅，在研发的道路上也势必会走很多的弯路。这款减速器凭借其一体化的设计，希望能帮助这些机器人及用户企业更加快速方便的开发自己的产品。”

使用便捷性成亮点

 

“RV和电机的结合不会像谐波那样深，主要的优势是让连接的方式更为简洁。”双环传动相关人士认为，这种产品形态的意义或许并没有谐波的一体化那样重要。“谐波减速器在一体化的过程中留给电机的空间更为充裕，进行整合后的体积也更小，因此从总体上来看更具意义；而RV减速器本身体积就比较大，再怎么整合所能节省的空间也比较有限，此外应用场景对于尺寸方面的要求也并不高。”

 

“将谐波减速器进行集成，主要是往协作机器人一体化关节的方向去做，轻便简洁，也更能体现协作机器人的优势；但RV现在还做不到这种无框的结构，电机、编码器会显得很庞大、很复杂。”其认为，RV的集成并不会像谐波那样出现革命性的效果，更多的是使用的便利性。

 

虽然一体化的RV减速器体积还是比较大，但对于用户而言，使用起来还是较为方便的，这是该产品的主要优势。

 

文章来源：https://www.toutiao.com/a6831487091700924939

“目前市场上使用这种产品的人还并不多，因为消费习惯已经养成，我们需要慢慢引导消费者。从长远来看，这种产品的市场前景还是很广阔的，在国外也有很多应用场景。”

现在无论是生产该型减速器的企业，还是使用者都并不多，这或许需要更多的技术铺垫和市场培育。